- Sự phụ thuộc khác nhau theo nhiệt độ của mômen từ của các phân mạng trong pherit ganet dẫn đến hiện tượng triệt tiêu mômen từ tổng của các hợp chất này tại một nhiệt độ xác định (nhiệt độ bù trừ) dưới nhiệt độ Curie. - Từ đó làm rõ ảnh hưởng của sự pha tạp Gd lên cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu cụ thể như: hằng số mạng, kích thước hạt, mômen từ, nhiệt độ Curi và nhiệt độ bù trừ.. - Mô men từ và nhiệt độ Curie.. - Mômen từ trong một phân tử ganet phụ thuộc nhiệt độ và được tính theo công thức:. - Mômen từ của YIG phụ thuộc nhiệt độ tuân theo định luật Curie – Weiss [16]. - Hiệu hai giá trị mômen từ này là giá trị mômen từ theo nhiệt độ của YIG.. - Hình 1.3: Sự phụ thuộc nhiệt độ của giá trị mômen từ tự phát của các phân mạng và mômen từ tổng của YIG [7-8].. - Các giá trị mômen từ M s phụ thuộc nhiệt độ của một số pherit ganet đất hiếm được biểu diễn trên hình 1.4. - Dạng đường cong có điểm nhiệt độ bù trừ T comp (với R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb). - Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ của các pherit ganet R 3 Fe 5 O 12. - Có thể nhận thấy, ở nhiệt độ thấp giá trị M s của các pherit ganet đất hiếm lớn hơn nhiều so với YIG, là do đóng góp của mômen từ phân mạng c nhưng ở nhiệt độ phòng, giá trị M s của pherit ganet đất hiếm giảm rất nhanh cùng với sự giảm của mômen từ phân mạng c. - Để minh họa, hình 1.5 biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ tự phát của cả ba phân mạng d, a và c của Gd 3 Fe 5 O 12 . - Một điều đáng nói là mặc dù các ion đất hiếm ở phân mạng c có mômen từ khác nhau nhưng nhiệt độ Curie T C của các ganet tương ứng lại đều xấp xỉ ở vùng nhiệt độ 560 K. - Bảng 1.3 Giá trị mômen từ M s , nhiệt độ Curie T C và nhiệt độ bù trừ T comp của một số pherit ganet [7-8]. - Nhiệt độ bù trừ T comp. - Ở vùng nhiệt độ thấp gần 0K, mômen từ của phân mạng đất hiếm M c (0) lớn hơn hiệu mômen từ của hai phân mạng sắt (M d (0. - Tuy nhiên, sự giảm của mômen từ phân mạng c theo nhiệt độ nhanh hơn so với các phân mạng a và d do vậy tại một nhiệt độ xác định T comp , (0 <. - Nhiệt độ T comp được gọi là nhiệt độ bù trừ, tại đó mômen từ tổng M RIG (T comp. - Ở nhiệt độ trên nhiệt độ T comp (T comp <. - Các giá trị nhiệt độ bù trừ. - T comp của một số pherit ganet đất hiếm theo các nghiên cứu trước đây được liệt kê trong bảng 1.3, theo đó các điểm bù trừ này đều ở dưới nhiệt độ phòng.. - Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa của ba phân mạng của Gd 3 Fe 5 O 12 [25]. - Điểm bù trừ của các pherit ganet đất hiếm được quan sát thấy ở dưới nhiệt độ phòng. - Bảng 1.5 cho thấy nhiệt độ Curie của hệ pherit ganet không thay đổi nhiều (T C ~560 K) khi thay Y 3+ bằng các ion đất hiếm nặng, khẳng định tương tác của phân mạng d - a là lớn nhất.. - Theo lý thuyết sóng spin, sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ tự phát của chất sắt từ hay pherit ở nhiệt độ thấp (T <. - Hình 1.7: Mômen từ phụ thuộc kích thước của các hạt nano YIG chế tạo bằng phương pháp sol-gel (a) và mômen từ phụ thuộc nhiệt độ của các hạt nano YIG kích. - Do vậy, hằng số Bloch của các mẫu tăng khi nhiệt độ tăng thì mômen từ tự phát trong các hạt kích thước nhỏ sẽ giảm nhanh hơn so với vật liệu khối. - Điều này có thể do các spin trong hạt nhỏ không ổn định so với trong vật liệu khối dẫn đến sự giảm nhiệt độ Curie so với vật liệu khối. - Nghiên cứu của nhóm Vaqueiro [21] trên các hạt YIG chế tạo bằng phương pháp sol-gel (hình 1.8) không có sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie vào kích thước hạt, các hạt sau khi thiêu kết ở 973 K (90 nm) và 1173 K (320 K) có nhiệt độ Curie tương tự nhau (555 K) và nhỏ hơn so với mẫu khối (560 K).. - Hình 1.8 Mômen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ của các hạt YIG chế tạo bằng phương pháp sol-gel so sánh với mẫu khối [21].. - (1.6) Trong đó, D s là kích thước giới hạn siêu thuận từ, D là kích thước hạt, H co là lực kháng từ nhiệt độ T gần 0 K.. - Ở nhiệt độ nhất định, vật liệu dạng khối có năng lượng dị hướng từ E = KV lớn hơn nhiều so với năng lượng nhiệt (E = k B T) nên năng lượng nhiệt của hạt không đủ để đảo ngược hướng quay của spin, vì vậy vật liệu là sắt từ [11]. - Tại nhiệt độ T T B , trạng thái cân bằng không xuất hiện. - Do đó, T B được gọi là nhiệt độ khóa. - Nói cách khác, với hạt có kích thước không đổi thì tại nhiệt độ khóa T B , năng lượng dị hướng từ bị thắng thế bởi năng lượng nhiệt (E <. - Nhiệt độ tới hạn T B của các hạt tinh thể đơn trục kích thước không đổi, được tính theo công thức:. - Nhiệt độ khóa T B của hạt nano thông thường được xác định dựa trên hai cách đo:. - Đo sự phụ thuộc lực kháng từ H c của mẫu vào nhiệt độ: tại nhiệt độ T B , giá trị của H c bằng 0.. - Đo sự phụ thuộc mômen từ của mẫu vào nhiệt độ khi làm lạnh mẫu không có từ trường (ZFC) và làm lạnh mẫu có từ trường (FC). - Khi đó 2 đường biểu diễn giá trị của mômen từ theo nhiệt độ sẽ gặp nhau tại nhiệt độ T B. - Nghiên cứu cho thấy các hạt đa tinh thể YIG kích thước khoảng 100 nm khi đặt trong từ trường 35,5 Oe và tần số 100 GHz thì nhiệt độ của chúng tăng lên 8 K so với nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ phòng.. - Đối với đơn tinh thể YIG, với ngưỡng từ trường 4 Oe và đặt trong trường cao tần 4,1 Oe, nhiệt độ của các hạt này có thể tăng lên 15 K. - So với các phương pháp vật lý hoặc phương pháp gốm thì phương pháp sol-gel chỉ cần chế tạo mẫu ở nhiệt độ thấp hơn, thiết bị đơn giản hơn.. - Đốt aerogel ở nhiệt độ 400°C trong thời gian 2 giờ. - Nung thiêu kết sản phẩm bột thu được ở các nhiệt độ (T tk ) và thời gian (t tk ) khác nhau ta thu được các hạt nano pherit ganet.. - Các tính chất của mẫu chuẩn là hoàn toàn xác định và yêu cầu mẫu chuẩn phải trơ về nhiệt độ. - Đèn nguồn ETC EverGlo được kiểm soát nhiệt độ với 3 chế độ hoạt động:. - Chế độ nghỉ, chế độ ổn định nhiệt độ và chế độ hoạt động với mức năng lượng cao.. - Buồng đo mẫu có điều khiển chân không, nhiệt độ và áp suất cao.. - Dải nhiệt độ đo: 77 ÷ 800 K (lò mẫu được thổi bằng khí nitơ sạch).. - Tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X các mẫu hạt Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 sau khi ủ ở nhiệt độ 800 o C ta thu được kết quả như trong hình 3.2. - 2,5) được nghiên cứu dựa trên các đường cong từ hóa mô tả sự phụ thuộc của từ độ M vào từ trường ngoài H được khảo sát trong vùng nhiệt độ thấp (từ 88 K đến 273 K) và vùng nhiệt độ cao (từ 300 K đến 570 K) với từ trường cực đại 10 kOe.. - Hình 3.7: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 2 Gd 1 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b).. - Hình 3.8: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 1,5 Gd 1,5 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b).. - Hình 3.9: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 1 Gd 2 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b).. - 2,5) đo ở vùng nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. - 2,5) ở nhiệt độ 88 K được thể hiện như trên hình 3.11.. - Hình 3.10: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 0,5 Gd 2,5 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b).. - 2,5) tại các nhiệt độ 88 K.. - Dựa vào các đường cong từ nhiệt của các mẫu đo ở vùng nhiệt độ từ 88 K đến 600 K, giá trị mômen từ tự phát M s tại các nhiệt độ khác nhau được xác định bằng điểm giao nhau giữa đường tuyến tính đi qua các giá trị từ độ ứng với từ trường từ 4 kOe đến 10 kOe với trục tung M. - Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 tại các nhiệt độ 88 K được chỉ ra trong bảng 3.2.. - 2,5) ở nhiệt độ 88 K.. - Nhiệt độ Curie.. - Từ giá trị mômen từ tự phát ở các nhiệt độ khác nhau tính được dựa theo các đường cong từ hóa ta vẽ được đường biểu diễn sự phụ thuộc vào nhiệt độ của M s như dưới hình 3.12. - Nhiệt độ Curie T C của các hạt nano Y 3-. - Các mẫu hạt nano có nhiệt độ T C khoảng 560 K. - Nhưng khi thay đổi nồng độ Gd pha tạp thì nhiệt độ Curie của các mẫu thay đổi không đáng kể. - Điều này được lý giải là do nhiệt độ T C của các mẫu được quyết định bởi tương tác giữa các ion Fe 3+ trong các phân mạng d và a. - Viêc tăng nồng độ Gd pha tạp làm cho khoảng cách giữa các ion Fe 3+ trong các phân mạng d và a thay đổi, dẫn đến các mẫu có nhiệt độ Curie khác nhau nhưng không đáng kể.. - Hình 3.12: Mômen từ tự phát M s phụ thuộc nhiệt độ của các mẫu hạt nano Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 (x . - Từ đồ thị sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa M s trên hình 3.12, ngoại trừ mẫu Y 3 Fe 5 O 12 ta thấy ban đầu từ độ của các mẫu giảm khi nhiệt độ tăng đến một nhiệt độ nhất định (nhiệt độ bù trừ) thì M s sẽ bằng không. - Ở vùng nhiệt độ thấp mômen từ của phân mạng c lớn hơn hiệu mômen từ của hai phân mạng d và a. - Nhưng do, sự giảm theo nhiệt độ của mômen từ ở phân mạng c nhanh hơn so với các phân mạng a và d làm xuất hiện nhiệt độ bù trừ T comp . - Nhiệt độ bù trừ được xác định bằng giao điểm của hai đường tiếp tuyến của đồ thị M s (T) tại nhiệt độ mômen từ tự phát. - giảm thấp nhất và nhiệt độ M s bắt đầu tăng trở lại ở vùng nhiệt độ thấp. - Nhiệt độ Curie T C và nhiệt độ bù trừ T comp của các mẫu hạt nano Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 (x được liệt kê trong bảng 3.3.. - Bảng 3.3: Nhiệt độ Curie T C và nhiệt độ bù trừ T comp của các mẫu hạt nano Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 (x . - Theo như kết quả tính toán trong bảng 3.3, khi nồng độ Gd pha tạp tăng thì nhiệt độ bù trừ của các mẫu cũng tăng lên từ 80 K đến 290 K (tương ứng với x = 1 và x = 2,5). - Hình 3.13: Từ độ của phân mạng c phụ thuộc nhiệt độ của các mẫu hạt nano Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 (x . - Ta có thể thây so với các phân mạng sắt đối với mẫu Y 3 Fe 5 O 12 thì các phân mạng Gd giảm rất nhanh theo nhiệt độ và đây là nguyên nhân xuất hiện nhiệt bù trừ trong vật liệu. - Từ độ của mẫu giảm ở vùng nhiệt độ cao do có sự cạnh tranh của 3 phân mạng từ.. - Nhiệt độ Curie của các mẫu không có sự thay đổi so với YIG do ở vùng nhiệt độ cao có giá trị T C ≈ 560 K do tương tác giữa các ion Fe 3+ trong các phân mạng a và d quyết định.. - Xuất hiện nhiệt độ bù trừ ở tất cả các mẫu x = 1. - 3 và nhiệt độ bù trừ tăng theo nồng độ ion Gd pha tạp.. - Mô men từ và nhiệt độ Curie. - Nhiệt độ Curie. - 6 Hình 1.3: Sự phụ thuộc nhiệt độ của giá trị mômen từ tự phát của các phân mạng và mômen từ tổng của YIG. - Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa của ba phân mạng của. - 13 Hình 1.8 Mômen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ của các hạt YIG chế tạo bằng phương pháp sol-gel so sánh với mẫu khối. - 35 Hình 3.7: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 2 Gd 1 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ. - thấp (a) và nhiệt độ cao (b. - 36 Hình 3.8: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 1,5 Gd 1,5 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b. - 37 Hình 3.9: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 1 Gd 2 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b. - 37 Hình 3.10: Đường cong từ hóa của các mẫu hạt nano Y 0,5 Gd 2,5 Fe 5 O 12 ở vùng nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b. - 2,5) tại các nhiệt độ 88 K. - 39 Hình 3.12: Mômen từ tự phát M s phụ thuộc nhiệt độ của các mẫu hạt nano. - 41 Hình 3.13: Từ độ của phân mạng c phụ thuộc nhiệt độ của các mẫu hạt nano Y 3-x Gd x Fe 5 O 12 (x . - 5 Bảng 1.3 Giá trị mômen từ M s , nhiệt độ Curie T C và nhiệt độ bù trừ T comp của một số pherit ganet. - nhiệt độ 88 K. - 40 Bảng 3.3: Nhiệt độ Curie T C và nhiệt độ bù trừ T comp của các mẫu hạt nano